ЛУЧИСТАЯ ТЕПЛОТА.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ЛУЧИСТАЯ ТЕПЛОТА.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Специалисты в области инженерного оборудования зданий часто сталкиваются с явлением лучистого теплообмена. Их работа включает проектирование разнообразных технических установок, основанных на соответствующих принципах.

Одной из таких задач является расчет лучистого отопления, при котором учитываются общепринятые основные законы излучения, применяемые в инженерной практике.

Однако для более глубокого понимания этих законов полезно знать физические основы данного явления и его закономерности, сформулированные на языке физики.

В этом разделе мы попытались кратко изложить все, что должен знать специалист по инженерному оборудованию зданий. При подготовке данного раздела мы учли советы физика Петера Бошана и положения книги доктора Ласло Имре “Справочник по сушке” из раздела “Сушка лучистым теплом”.

Лучистая теплота, также известная как тепловое излучение, является одним из видов электромагнитного излучения.

Электромагнитная волна представляет собой периодический электромагнитный сигнал, который меняется со временем и распространяется в пространстве.

Этот сигнал состоит из электрических и магнитных полей. Для его передачи требуется время, а его направление распространения совпадает с вектором напряженности электрического поля и магнитной индукции, что делает его поперечной волной.

Скорость распространения электромагнитных волн может быть определена по теории Максвелла:

тепловое излучение

Важно отметить, что эта скорость, в отличие от скорости волн на воде или скорости звуковых волн, не зависит от частоты. В теории, можно стимулировать и наблюдать электромагнитные волны любой длины волны. Используя данные из таблицы 1.1, можно определить характер лучистого отопления при различных длинах волн.

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И АТОМАРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, ВЫЗЫВАЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
(ПО ДАННЫМ ИМРЕ)

Длина волны, мХарактер излученияЯвление
Менее 10 -5РадиоктивноеПереход в состояние возбужденного радиоактивного атомного ядра
10-5 – 10-3РентгеновскоеИзменение траектории внутренних электронов атома
10-3 – 0,4УльтрафиолетовоеИзменение траектории наружных электронов атома
0,4 – 0,7Видимый светТо же
0,7 – 102ИнфракрасноеИзменение частоты колебаний и ско­рости вращения молекул

С точки зрения генерации электромагнитной волны, крайне важно учесть, что излучение порождается ускоряющимся зарядом, а энергия, формирующая магнитное поле, тратится на ускорение этого заряда.

Лучистая теплота или тепловое излучение происходит из-за ускоренного движения атомов тела под воздействием тепла. В случае твердого материала, атомы колеблются быстрее относительно состояния равновесия.

Во время этих движений атомы сталкиваются друг с другом. В результате этих неупругих столкновений, внутренняя энергия одного или обоих атомов увеличивается, в то время как энергия движения снижается.

Одна из возможностей отдачи увеличивающейся внутренней энергии — испускание электромагнитных волн. Во время излучения электронная оболочка атома колеблется как микроскопическая антенна.

Электромагнитное излучение либо возбуждает другой атом, либо покидает тело; это и есть тепловое излучение. Поскольку атомы движутся при любой температуре, все тела при любой температуре испускают теплоту. Энергия электромагнитной волны, т. е. сила излучения, при данной температуре зависит от длины волны.

Энергия, которая испускается, достигает своего пика при определенной длине волны kj. В идеальном случае, форма кривой “энергия – длина волны” зависит только от температуры излучающего тела и не зависит от материала. Длина волны, при которой энергия испускается наиболее интенсивно, определяется определенным соотношением

ЛУЧИСТАЯ ТЕПЛОТА.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Это так называемый закон Вина.

Из-за специфических характеристик излучаемых волн, явления интерференции, а также принципы поляризации, проникновения и отражения, которые применимы ко всему спектру электромагнитных волн, также действуют и для теплового излучения.

Уникальность излучаемой энергии заключается в том, что в отличие от других ключевых методов теплообмена, здесь не требуется никакого посредника для передачи, более того, скорость распространения волны достигает максимума в вакууме.

Полная энергия qe, которая проходит через единичную площадь тела, измеряемая в Вт/м2, может быть определена путем суммирования энергетических потоков, соответствующих каждой отдельной длине волны.

лучистое тепло

Спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела в зависимости от длины волны при разных температурах Т представлена на рисунке 1.1

Модель абсолютно черного тела наиболее точно представляет собой закрытую полость с крошечным отверстием в стенке. Излучение, которое проникает в полость через это узкое отверстие, после многократного отражения от стенок, скорее всего, будет полностью поглощено. Среди реальных объектов, наиболее близкими к свойствам абсолютно черного тела являются материалы с сильно разветвленной, но тонкой поверхностной структурой (например, иней). С точки зрения поглощения теплового излучения, обычно ключевую роль играет тонкая структура поверхности.

Очень гладкие (полированные) поверхности отражают тепловое излучение, и степень отражения (если Qr — отражаемый поток энергии)

ЛУЧИСТАЯ ТЕПЛОТА.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Способность пропускать тепловое излучение у большинства твердых веществ равна 0.

лучистое тепло



Источник: Мачкаши А., Банхиди Л. Лучистое отопление/ Пер. с венг. В. М. Беляева; Под ред. В. Н. Богословского и Л. М. Махова. — М.: Стройиздат, 1985.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх